Inimesed avastavad täiesti juhuslikult palju füüsilisi nähtusi ja seadusi. Alates legendaarsest Isaac Newtoni pähe kukkunud õunast ja rahumeelselt vannis käivast Archimedesest kuni viimaste avastusteni uute materjalide loomise ja biokeemia vallas. Coanda efekt kuulub samasse avastuste sarja. Kummalisel kombel on selle praktiline rakendamine tehnoloogias alles algusjärgus. Niisiis, mis on Coanda efekt?
Avastuste ajalugu
Rumeenia insener Henri Coanda paigaldas oma reaktiivmootoriga, kuid puidust kerega katselennukit katsetades, et vältida kere süttimist joavoolust. mootorid. Selle mõju osutus aga oodatule vastupidiseks. Aeguminevad joad hakkasid teadmata põhjustel nende kaitseplaatide külge tõmbama ja nende paigutuspiirkonnas asuvad lennukikere puitkonstruktsioonid võisid süttida. Katsed lõppesid õnnetusega, kuid leiutaja ise mitteKannatanud. Kõik see juhtus 20. sajandi alguses.
Katseline kinnitamine
Coanda efekt on nähtus, mida saate mugav alt oma köögis katsetada. Kui avad kraanist vee ja tood veejoa äärde tasase taldriku, näed seda efekti oma silmaga. Vesi kaldub vaevu märgatav alt plaadi poole. Samal ajal ei pruugi vee voolukiirus olla väga suur. Põhimõtteliselt täheldatakse seda nähtust mis tahes keskkonnas: vees või õhus. Peamine on keskmise voolu olemasolu ja selle vooluga külgneva pinna olemasolu ühel küljel.
Muide, sellel nähtusel on ka teine nimi – veekeetja efekt. Just tänu sellele efektile ei lange teekannu kallutamisel vesi tassi, vaid voolab mööda tila alla, ujutades üle laudlina ja vahel ka teiste põlved. Kuna hüdrodünaamika ja aerodünaamika seadused tervikuna on väheste eranditega praktiliselt identsed, et mitte korduda, siis edaspidi arvestatakse Coanda efektiga õhukeskkonna puhul.
Nähtuse füüsika
Coanda efekt põhineb voolu rõhuerinevusel voolu piirava seina juuresolekul, mis takistab õhu vaba juurdepääsu ühelt küljelt. Igasugune õhuvool koosneb erineva kiirusega kihtidest. Samas on katseliselt tõestatud, et hõõrdejõud õhukihi ja sellega külgneva tahke pinna vahel on väiksem kui üksikute õhukihtide vahel. Seega osutub pinna lähed alt läbiva õhukihi kiirusekssellest pinnast kaugemal asuva õhukihi kiirusest kõrgemal.
Lisaks on piisav alt suurel kaugusel ühe õhukihi kiirus pinna suhtes üldiselt võrdne nulliga. Selgub ebaühtlane kiiruste väli piki voolu kõrgust. Gaasi dünaamika seaduste kohaselt tekib siin põiksuunaline rõhuerinevus, mis suunab voolu madalama rõhu suunas, st sinna, kus õhukihi kiirus on suurem - piirdeseina suunas. Düüsi ja pinna kuju valides, vahemaade ja kiirusega katsetades on võimalik voolu suunda muuta üsna laias vahemikus.
Matemaatika
Väga pikka aega ei tuvastatud kirjeldatud nähtust üldse, hoolimata selle ilmsusest ja katselise kontrolli suhtelisest lihtsusest. Siis tekkis vajadus jõu ja selle jõu vektori teoreetiliseks arvutamiseks ehk Coanda efekti arvutamiseks. Sellised arvutused tehti erinevat tüüpi düüside jaoks.
Tuletatud valemid on üsna kohmakad ja esindavad diferentsiaalarvutuse ja trigonomeetria kombinatsiooni. Kuid need keerulised ja mitmeastmelised arvutused võivad anda ainult ligikaudse tulemuse. Loomulikult ei arvutata seda kõike paberil, vaid kasutades kaasaegseid arvutitesse põimitud algoritme. Tegelikke väärtusi saab aga saada ainult katseliselt. Sellele mõjule aitavad kaasa liiga paljud tegurid ja kõiki neid ei saa kirjeldada matemaatiliste valemitega.
Millest see nähtus sõltub
Kui jätta kõrvale valemite põhjalik analüüs, mis nõuab erakordseid oskusi, sõltub Coanda efekti tugevus voolukiirusest, voolu läbimõõdu ja seina kõveruse suhtest. Katsed on näidanud, et suure tähtsusega on otsiku asukoht ja läbimõõt, seinapinna karedus, voolu ja seda piirava seina vaheline kaugus, aga ka seina enda kuju. Samuti tuleb märkida, et Coanda efekt on turbulentses voolus rohkem väljendunud.
Mida avastaja veel välja mõtles
Pärast nähtuse avastamist hakkas A. Coanda seda arendama ja praktilisi rakendusi otsima. Tema jõupingutuste tulemuseks oli lendava vihmavarju leiutamise patent. Kui poolkera keskele paigaldatakse vihmavarjuga sarnased düüsid, mis väljutavad gaasijoa, surutakse see vool Coanda efekti kohaselt vastu poolkera pinda ja voolab allapoole, luues madala piirkonna. survet vihmavarju kohale, lükates seda üles. Leiutaja ise nimetas seda lennuki tiivaks, mis oli veeretatud rõngaks.
Katsed seda leiutist praktikas rakendada ei ole olnud edukad. Põhjuseks on aparaadi ebastabiilsus õhus. Hiljutised edusammud õhus ebastabiilsete struktuuride intelligentse juhtimise vallas, nn Fly by Wire printsiip, annavad aga lootust selle eksootilise lennuki ilmumiseks.
Mis saavutati
Kuigi leiutaja vihmavarju polnud võimalik õhku tõsta, tekkis Coanda efektlennundust kasutatakse, kuid suhteliselt teisejärgulistes valdkondades. Silmapaistvamatest näidetest võib tuua 40ndatel välja töötatud ilma sabarootorita helikopteri, mille pearootori pöörlemist kompenseerivaid funktsioone täitsid taha paigaldatud ventilaator ja spetsiaalsete juhikutega düüsid. Sama süsteem võimaldas juhtida kopterit nii pöördes kui ka kaldenurgas. Seda on rakendatud mudelitele MD 520N, MD 600N ja MD Explorer.
Lennukitel on Coanda efekt ennekõike tõstejõu suurenemine täiendava õhuvooluga mootorist tiiva ülemisele pinnale, mis annab maksimaalse efekti mehhaniseerimise vabastamisel, st siis, kui tiival on kõige “kumeram” profiil, mis võimaldab voolul väljuda peaaegu vertikaalselt alla. Seda on rakendatud Nõukogude lennukitel An-72, An-74 ja An-70. Kõigil neil masinatel on täiustatud stardi- ja maandumisomadused, mis võimaldab kasutada lühikesi stardi- ja maandumisradu.
Ameerika tehnoloogia põhjal saame nimetada Boeing C-7, kasutades sama põhimõtet, aga ka mitmeid katsemasinaid. Sõjajärgsel perioodil tehti palju katseid luua Coanda efekti põhimõtetel põhinevat lennukit. Kõik need olid lendava taldriku kujuga ja kõik need suleti teatud aja möödudes tehniliste raskuste tõttu. Võimalik, et neid töid tehakse praegu rangelt valvatud kujul.
Taevast maa peale ja vee alla
Rataste haarduvuse suurendamiseks roomikuga hakati kasutama Coanda efektija vormel 1 autode disainides. Masinad on varustatud difuusorite ja kattekihtidega, mille vastu surutakse heitgaaside vool, mis annab soovitud efekti. Ülaloleval pildil on kontuuridele kleepuvate heitgaaside liikumine, hoolimata sellest, et väljalasketoru ise on suunatud üles.
Lisaks maismaatranspordile on tehtud ja tehakse katsetöid, mis on seotud selle nähtuse kasutamisega allveelaevadel. Eelkõige loodi Peterburis üsna eksootiline veealune jalgratas, mille nimi on millegipärast inglise keeles - Blue Space, tõlkes "sinine ruum". Mida ta kasutab liikumiseks, on Coanda efekt. "Allveeratta" ette paigaldatakse katted, millesse on paigaldatud sõuderullid, mis imevad vett läbi spetsiaalsete pilude. Seejärel surutakse vesi masina korpuse pinnale, tekitades selle pinnale tõukejõu. Vesi voolab ümber kogu laevakere, imetakse tagasi ahtris olevasse pilusse ja lükatakse välja.
